CN102345157A - 一种太阳能级直拉单晶硅的连续复投的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能级直拉单晶硅的连续复投的生产方法，本方法包括以下生产流程：首次装料→首次化料→二次加料→二次化料→提拉单晶→取棒→复投→化料→提拉单晶→取棒→停炉、清炉；其中，复投→化料→提拉单晶→取棒过程可根据坩埚寿命及炉台运行情况重复多次进行，以实现单炉次多颗单晶的连续生产，本发明可有效降低生产成本，并显著提高生产效率，解决现有太阳能级直拉单晶硅生产中首次投料量不足、坩埚利用率低以及埚底料剩出多的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能级直拉单晶硅的生产方法，尤其涉及一种太阳能级直拉单晶硅的连续复投的生产方法。
背景技术
目前，世界上生产太阳能电池片的材料75%以上来源于太阳能级直拉单晶硅。迅猛发展的太阳能光伏产业对太阳能级直拉单晶硅的生产提出越来越高的要求，进一步降低生产成本、提高生产效率成为亟待解决的问题。
通常情况下，太阳能级直拉单晶硅的生产采用直拉单晶炉，基本生产工艺流程为：装料→化料→提拉单晶→取棒→停炉、清炉。生产所用原料为块状多晶硅，一次性投入单晶炉的石英坩埚中。由于块体原料之间存在较大空隙，造成实际投料量小于最大投料量，因此单炉单晶的实际产出量小于最大值。一般生产所用坩埚为石英坩埚，其平均寿命为80-100小时左右。每生产1颗单晶需消耗坩埚1支，因此坩埚用量大且利用率低，不利于降低生产成本。每生产1颗单晶剩出3-8Kg埚底料，其需通过专门工艺与坩埚分离，才可以再利用。因此，原料不能有效充分利用，增加了生产成本。每炉次单晶产出1颗，相邻炉次之间由于清炉、更换坩埚等操作需消耗较长停炉时间，延长了生产周期，不能实现连续生产作业，生产效率较低。
目前，为了提高单炉单晶产出，大多数生产厂家采用单次复投工艺进行太阳能级直拉单晶硅的生产，基本生产工艺流程为：装料→化料→二次加料→二次化料→提拉单晶→取棒→停炉、清炉，即化料工序完成后，利用复投装置将平均直径30mm-50mm的碎块状多晶硅原料再次加入熔硅（二次加料），通过二次化料，待全部硅料熔化后再进行拉晶操作。该生产工艺可弥补首次加料量不足，增加单炉产量，但是仍不能有效解决坩埚利用率低、埚底料剩出多以及不能连续生产作业，生产效率较低等问题。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，提供一种可实现单炉次多颗单晶连续生产的太阳能级直拉单晶硅的生产方法，以此实现单炉次多颗单晶的连续生产。
本发明是通过这样的技术方案实现的：一种太阳能级直拉单晶硅的连续复投的生产方法，其特征在于，以块状原生多晶硅为初装原料加入坩埚，首次化料后利用复投装置将颗粒多晶硅原料加入熔硅，经二次化料后进行拉晶操作，完成第一颗单晶的提拉，取出晶棒后；然后利用复投装置再次向坩埚中投入颗粒多晶硅原料，进行第二颗单晶棒的提拉；依次类推，多次重复复投过程，直至达到坩埚使用寿命上限，以此实现单炉次多颗单晶的连续生产，所述方法包括如下次序步骤：
1.首次装料：将块状多晶硅原料加入石英坩埚，并安置于单晶炉主室中；
2.首次化料：加热熔化首次装入的原料；
3.二次加料：将平均粒径为0.5mm-2.5mm的颗粒状多晶硅装入复投器，并将复投器安置于单晶炉副室中；打开闸板阀，复投器降入主室，使复投器投料口距离坩埚中熔硅液面 15-20mm，将复投原料加入熔硅；
4.二次化料：关闭闸板阀，取出复投器，加热至全部原料熔化；
5..提拉单晶：按照常规方法拉制单晶；
6.取棒：单晶提拉结束后，晶体以450-500mm/h速度缓慢上升冷却大约120分钟，然后将晶棒快速升到副炉室充氩气，取出；
7.复投：晶棒取出后，将装有平均粒径为0.5mm-2.5mm的颗粒状多晶硅的复投器安置于副室，关闭闸板阀；降低单晶炉加热器功率，使埚中剩余多晶硅料液面结晶；将坩埚转速缓慢降低到0；打开闸板阀，复投器降入主室，使复投器投料口距离坩埚中结晶液面15-20mm，将复投原料加入坩埚，视复投器装料量进行若干次复投，直至复投的原料量满足一次单晶提拉要求为止；
8.化料：加热熔化由步骤7复投的原料；
9.提拉单晶：工艺同通常的单晶硅提拉工艺；
10.取棒：单晶提拉结束后，经冷却由单晶炉副室取出；
11.上述步骤7至10可连续实施多次，相邻两次间需判断坩埚及炉台运行状况，连续作业将持续至坩埚使用寿命上限；
12.停炉、清炉。
本发明的有益效果：方法采用连续复投工艺实现单炉次多颗单晶连续生产，解决现有太阳能级直拉单晶硅生产中首次投料量不足、坩埚利用率低以及埚底料剩出多的问题，方法采用的设备简单、操作简便，可有效降低生产成本提高生产成本。
附图说明
图1是太阳能级直拉单晶硅的连续复投的生产工艺流程。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
本实施例中以PV110型单晶炉，20寸热场，并结合复投器为例加以说明：
按照如图1所示的太阳能级直拉单晶硅的连续复投的生产工艺流程，方法包括如下次序步骤
1.首次装料：将100-110kg块状多晶硅原料加入石英坩埚，并安置于单晶炉主室中；
2.首次化料：关闭闸板阀，加热熔化主室中的原料。
3.二次加料：将10-15kg平均粒径为0.5mm-2.5mm的颗粒状多晶硅原料装入复投器，并将复投器安置于单晶炉副室中；打开闸板阀，复投器降入主室，使复投器投料口距离坩埚中熔硅液面15-20cm，将复投原料加入熔硅；
4.二次化料：关闭闸板阀，取出复投器，加热至全部原料熔化；
5.提拉单晶：按照常规方法拉制6.5寸单晶，当单晶长度为1400mm-1500mm时，此时石英坩埚中剩余多晶料30-35kg，收尾；
6.取棒：单晶提拉结束后，晶体以450-500mm/h速度缓慢上升冷却大约120分钟，然后将晶棒快速升到副炉室充氩气，取出；
7.复投：晶棒取出后，将装有15-20kg平均粒径为0.5mm-2.5mm的颗粒状多晶硅原料的复投器安置于副室，关闭闸板阀；降低单晶炉加热器功率至35-50Kw，使剩余的埚底料液面结晶，结晶面与坩埚上边缘相差30cm；将坩埚转速缓慢降低到0；打开闸板阀，复投器降入主室，使复投器投料口距离坩埚中结晶液面15-20cm，将复投原料加入坩埚；重复进行3次复投，以使复投的原料量达到50-60kg，此时石英坩埚中原料总量达到起始的115-120kg并满足生长1500mm6.5寸单晶的要求；
8.化料：加热熔化由步骤7复投的原料；
9.提拉单晶：提拉生长出1500mm6.5寸单晶，剩余埚底料35-50kg,工艺同通常的单晶硅提拉工艺；
10.取棒：单晶提拉结束后，晶体以450-500mm/h速度缓慢上升冷却大约120分钟，然后将晶棒快速升到副炉室充氩气，取出；
11.在坩埚及炉台运行正常的情况下，上述步骤7至10可连续实施次3次；
12.停炉、清炉。
经考察，通过本方法可提高坩埚利用率50%-75%，提高成晶率10%-15%，降低埚底料剩出30%。每颗单晶生产成本降低5%-10%。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案
Claims (1)
1.一种太阳能级直拉单晶硅的连续复投的生产方法，其特征在于，以块状原生多晶硅为初装原料加入坩埚，首次化料后利用复投装置将颗粒多晶硅原料加入熔硅，经二次化料后进行拉晶操作，完成第一颗单晶的提拉，取出晶棒后；然后利用复投装置再次向坩埚中投入颗粒多晶硅原料，进行第二颗单晶棒的提拉；依次类推，多次重复复投过程，直至达到坩埚使用寿命上限，以此实现单炉次多颗单晶的连续生产，所述方法包括如下次序步骤：
步骤1、首次装料：将块状多晶硅原料加入石英坩埚，并安置于单晶炉主室中；
步骤2、首次化料：加热熔化首次装入的原料；
步骤3、二次加料：将平均粒径为0.5mm-2.5mm的颗粒状多晶硅装入复投器，并将复投器安置于单晶炉副室中；打开闸板阀，复投器降入主室，使复投器投料口距离坩埚中熔硅液面 15-20mm，将复投原料加入熔硅；
步骤4、二次化料：关闭闸板阀，取出复投器，加热至全部原料熔化；
步骤5、提拉单晶：按照常规方法拉制单晶；
步骤6、取棒：单晶提拉结束后，晶体以450-500mm/h速度缓慢上升冷却大约120分钟，然后将晶棒快速升到副炉室充氩气，取出；
步骤7、复投：晶棒取出后，将装有平均粒径为0.5mm-2.5mm的颗粒状多晶硅的复投器安置于副室，关闭闸板阀；降低单晶炉加热器功率，使埚中剩余多晶硅料液面结晶；将坩埚转速缓慢降低到0；打开闸板阀，复投器降入主室，使复投器投料口距离坩埚中结晶液面15-20mm，将复投原料加入坩埚，视复投器装料量进行若干次复投，直至复投的原料量满足一次单晶提拉要求为止；
步骤8、化料：加热熔化由步骤7复投的原料；
步骤9、提拉单晶：工艺同通常的单晶硅提拉工艺；
步骤10、取棒：单晶提拉结束后，经冷却由单晶炉副室取出；
步骤11、上述步骤7至10可连续实施多次，相邻两次间需判断坩埚及炉台运行状况，连续作业将持续至坩埚使用寿命上限；
步骤12.停炉、清炉。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120208 |